反射式顯示底板的製作方法

2023-04-25 14:35:41 1

專利名稱：反射式顯示底板的製作方法
技術領域：
本發明大致涉及平面化的、晶片基的集成電路，更具體的是涉及一種光學元件設置在其表面上的新型平面集成電路。尤為具體的是，本發明涉及一種新型、平面、晶片基的反射式光閥底板(backplane)。
本發明還大致涉及一種用於平面化晶片基的集成電路的方法，更具體的是涉及一種新型的用於平面化在其上設置有光學元件的集成電路表面的方法。尤為具體的是，本發明涉及一種新型的用於平面化晶片基、反射式光閥底板的反射式表面的方法。
背景技術：
晶片基反射式光閥具有許多優於其現有技術的透射性的優點。例如，傳統透射性顯示器基於薄膜電晶體(TFT)技術，因此顯示器形成在玻璃基片上，TFT設置在象素孔間的空間中。將驅動電路置於象素孔之間限制了對於光透射可用的顯示區域，並由此限制了透射性顯示器的亮度。對比之下，反射式顯示器的驅動電路位於反射式象素鏡之下，並因此不耗費顯示器的有用表面面積。結果，反射式顯示器比透射性對應物明亮兩倍。
晶片基反射式顯示器的另一優點在於其可以由標準CMOS方法製造，並因此可以受益於現代亞微米CMOS技術。特別是，象素鏡之間減少的空間增加了顯示器的明亮度，並且降低了所顯示圖像的象素化外觀。另外，CMOS電路以比可比較的TFT電路的量度快一個或多個數量級的速度而開關，使得晶片基反射式顯示器極適於高速視頻用途，諸如投影儀和小型攝像機取景器(camcoder view finders)。
圖1是現有技術方法反射式顯示器底板100的剖面圖，其形成在矽基片102上，並且包括集成電路層104、絕緣支撐層106、多個象素鏡108和保護性氧化物層110。每個象素鏡108通過相關的通路112連接到電路層104上。底板100一般通過在象素鏡上形成光學工作介質(如，液晶)層114，以及在光學工作介質上形成透明電極(未示出)而與反射式光閥(如，液晶顯示器)合併。通過介質的光線根據施加到象素鏡108上的電子信號而調製(如，極化旋轉)。
與現有反射式顯示器有關的一個問題是產生的圖像經常出現斑點。反射式顯示器中的斑點產生的根源是層114中液晶排列布一致。液晶層114的形成一般包括擦拭(wiping)或摩擦(rubbing)步驟，其中輥子或類似物經過液晶層上方，使得液晶的排列。然而，象素鏡108從底板100表面向上伸出，在相鄰象素鏡之間形成間隙。公知的擦拭方法對於在這些間隙中排列液晶(由層114中的箭頭表示)是無效的。另外，排列不好的晶體負面影響了層114中相鄰晶體的排列。
所需要的是具有平面表面的反射式底板來促進整個液晶層的有效排列。
在多數情形下(如，基片包括光學元件)，必須保持對保留在表面上的薄膜厚度的嚴格控制，這是因為在光學元件上的薄膜厚度通常對於元件適宜的光學功能性是有決定性的。
因此仍需要的是一種用於極化在表面上設置有光學元件的基片表面的方法，而同時保持對於保留在光學元件上的任意層厚度的控制。

發明內容
本發明通過如下方法克服了現有技術的局限性，即提供一種新型的晶片基裝置(如，反射式顯示器底板)，其包括多個表面突起(如，象素鏡)和充滿表面突起之間間隙的填充層。表面突起和填充層一起形成裝置的平面表面。在基片為反射式顯示器底板時，形成的平面表面有利於噴塗在其上的液晶材料的有效校準。
根據本發明，提供一種反射式顯示底板，包括多個在其中形成間隙的象素鏡；以及形成在所述間隙中的填充層以使所述反射式顯示底板表面平面化。
公開的實施例包括具有其間形成間隙的多個表面突起的基片；形成在基片上的抗腐蝕層；以及形成在間隙中的抗腐蝕層一部分上的填充層。在具體實施例中，基片是集成電路，而表面突起是光學元件。在更加具體的實施例中，基片是反射式顯示器底板，而表面突起是象素鏡。
在一個實施例中，填充層是旋塗塗層(spin-on-coating)，例如旋塗玻璃(spin-on-glass)。可選的是，填充層可以摻雜有吸光摻雜物，諸如彩色染料。
抗腐蝕層可以包括光學薄膜層，並可以形成為一單獨層，可選的是，抗腐蝕層包括多個子層，例如光學薄膜層和抗腐蝕性頂層。在一實施例中，光學薄膜層是氧化物層，抗腐蝕性頂層是氮化物層。
較具體的實施例還包括形成在抗腐蝕層和填充層之上的可選擇的保護性層。保護性層可以形成為單一的層或者可選擇的包括多個子層。例如，在公開的實施例中，保護性層包括氧化物層和氮化物層。
保護性層還填充在從位於象素鏡下方的抗腐蝕層頂表面到保留在間隙中的填充層的頂表面的任意逐漸減小處(step down)。在逐漸減小到小於或等於1,200處，保護性層足以填充逐漸減小處並且在晶片基裝置上形成平面表面。
本發明還通過如下方法克服了現有技術的局限性，即提供一種新型的用於極化包括多個表面突起(如，象素鏡)的基片(如，反射式顯示底板)、而不影響形成在表面突起上的層厚度的方法。在基片為反射式顯示器底板的地方，所形成的平面表面有利於噴塗在其上的液晶材料的有效校準。
公開的方法包括如下步驟在基片上形成抗腐蝕層、在抗腐蝕層上形成填充層、及腐蝕填充層以露出位於突起上方的抗腐蝕層的各部分、並將填充層的一部分留在突起之間的間隙中。在具體方法中，基片是集成電路而突起是光學元件。在更加具體方法中，基片是反射式顯示器底板而突起是象素鏡。
抗腐蝕層可以包括光學薄膜層並且可以形成為單一層。可選的是，抗腐蝕層包括多個基片，例如光學薄膜層和抗腐蝕性頂層。在具體方法中，形成抗腐蝕層的步驟包括形成氧化物層的步驟和在氧化物層上形成氮化物層的第二步驟。
在抗腐蝕層上形成填充層的步驟還可以包括在抗腐蝕層上施加旋塗塗層(旋塗玻璃)的步驟。可選的是，填充層包括合適的摻雜劑以吸收一種或者多種特殊波長的光線。
本發明的方法還包括可選的步驟，即，在抗腐蝕層的暴露部分上和填充層的剩餘部分上形成保護性層。保護性層可以包括一個層或者多個層。例如，在具體的公開方法中，形成保護性層的步驟包括在抗腐蝕層的暴露部分和填充層的剩餘部分上形成氧化物層的第一步驟，以及在氧化物層上形成氮化物層的第二步驟。


參照下述附圖對本發明進行描述，附圖中相同的附圖標記表示大致相同的元件圖1是現有技術反射式光閥底板的剖面圖；圖2是在其上噴塗有厚的保護性層的保護性光閥底板的剖面圖；圖3是反射式光閥底板的剖面圖，說明了一種平面化技術。
圖4是在其上具有抗腐蝕層和填充層的反射式光閥底板的剖面圖；圖5是圖4的反射式光閥底板在設置的填充層選擇腐蝕之後的剖面圖；圖6是圖5的反射式光閥底板在其上噴塗有保護性層的剖面圖；圖7是概括根據本發明一種形成平面化晶片基集成電路方法的流程圖；圖8是根據本發明另一種方法平面化反射式光閥底板的剖面圖；圖9是圖8的反射式光閥底板的剖面圖，具有噴塗在其上的保護性層；圖10是概括形成圖9的反射式光閥底板的方法流程圖。
具體實施例方式
本專利申請涉及在1998年12月23日提交的並轉讓給本發明的共同受讓人的下述待審的美國專利申請，其整體在此引用作為參考用於在裝置表面上形成薄的平面層的組合CMP-Etch方法，JacobD.Haskell和Rong Hsu的美國專利申請09/220,814。
本發明通過提供一種平面的晶片基的裝置(如，反射式顯示器底板)克服了現有技術中有關的問題，該裝置包括具有多個表面突起(如，象素鏡)的基片和填充表面突起之間間隙的填充層。特別是，本發明描述了一種晶片基的反射式光閥底板，具有減少在所產生的圖像中斑點的平面反射式表面。本發明還通過提供一種使具有多個表面突起平面化的方法克服與現有技術有關的問題。特別是，本發明描述了一種用於使基片平面化而同時保持噴塗在其上的光學薄膜層厚度的方法。
在下述說明中，為本發明提供徹底的理解，闡述了大量具體情況(如，光學層、抗腐蝕層和保護性層的具體複合物和厚度)。然而，本領域中的那些普通技術人員將認識到本發明可能與這些具體情況是有區別的。在其它示例中，為了易於理解起見，省略了半導體方法和光學薄膜塗層的公知細節。
圖2是反射式底板200的剖面圖，說明了一種通過噴塗厚的保護性氧化物層202、並隨後將層202腐蝕回所需的厚度水平204而使反射式底板200表面平面化的方法。特別是，當噴塗氧化物層202時，象素108之間的間隙被填充。因此，氧化物層202起填充層的作用。然後將氧化物層202腐蝕回厚度水平204，在底板200上留下平面表面。該方法對於底板200表面平面化是有效的，但是缺點在於在腐蝕步驟之後控制剩餘在象素鏡108表面上的層202的厚度是困難的。
圖3是根據本發明的另一種方法，通過使圖1所示的反射式底板100的表面平面化而形成的反射式顯示底板300的剖面圖。底板300通過在保護性氧化物層110上施加填充層302(如，旋塗玻璃)而平面化。在其施加之後，填充層302腐蝕返回到厚度水平304，留下設置在象素鏡108之間間隙中的填充層和位於象素鏡108上方的氧化物層。使反射式底板300的表面平面化的這種方法缺點也在於在腐蝕返回步驟之後難以控制剩餘在象素鏡108之上的保護性氧化物層110的厚度。
圖4是反射式底板400在本發明另一種新型平面化方法的第一步驟過程中的剖面圖。反射式底板400形成在矽基片402上，其包括集成電路層404、絕緣支撐層406和多個象素鏡408。集成電路層404從數據源(未示出)接收顯示數據並且控制顯示數據在象素鏡408上的確立。絕緣支撐層406為象素鏡408提供支撐並且將象素鏡408與集成電路層404絕緣。每個象素鏡408由相關通路410通過支撐層406耦合到集成電路層404上。
在平面化方法的第一步驟過程中，抗腐蝕層412形成在象素鏡408以及由象素鏡408之間的間隙暴露的絕緣支撐層406的大部分之上。抗腐蝕層412包括光學薄膜層414和抗腐蝕性頂層416。光學薄膜層414使象素鏡408的反射性能經由薄膜幹擾最優化。利用對於光學技術領域人員公知的方式，將這些薄膜的厚度設計成通過相長幹涉強化光線波長所需的反射，並通過破壞性幹涉(destructive interference)阻止不需要的反射。因此，薄膜光學塗層的厚度對於其功能來說是關鍵的。
抗腐蝕性頂層416保護光學薄膜層414不受隨後的加工腐蝕，確保其厚度保持不變。另外，抗腐蝕性頂層416還起到光學薄膜層的作用。因此，本領域技術人員將理解包括光學薄膜層414的抗腐蝕層412還可以被恰當理解成包括抗腐蝕性頂層416的光學薄膜塗層412。
在具體實施例中，光學薄膜層414通過將矽氧化物噴塗成厚度為680(±10％)而形成。抗腐蝕性頂層416通過將矽氮化物噴塗成厚度為820(±10％)而形成。然而，本領域技術人員將認識到，不同複合物和厚度的光學薄膜塗層可以代替光學薄膜層414。同樣的，不同厚度和複合物的抗腐蝕性頂層可以代替抗腐蝕性頂層416。在另一實施例中，抗腐蝕層412形成為既抗腐蝕性又起光學薄膜作用的材料(如，氮化物)的單一層。
在平面化方法的下一個步驟中，填充層418噴塗在抗腐蝕層412之上。在特殊實施例中，填充層418使用對於矽加工領域的技術人員公知的方法由旋塗玻璃的材料(如，Dow Corning產品C2052154D SOG FOX-15)形成。優選的是，填充材料具有低的介電係數(如，3.0的數量級)，從而使相鄰象素之間的電耦合最小化。
圖5示出了腐蝕步驟之後的反射式底板400的剖面圖，其中填充層418腐蝕了一段時間，足以露出象素鏡408下方的抗腐蝕層412的各部分，但是留下了在象素鏡408之間的間隙中的填充層418的各部分。化學溼腐蝕(如，氫氟酸)或幹腐蝕(如，等離子體腐蝕)可以用於完成腐蝕步驟，但是溼腐蝕呈現出對於抗腐蝕層和填充層之間較大選擇性。
由於抗腐蝕層412抵抗用於除去填充層418的腐蝕劑，過度腐蝕填充層418將不會影響抗腐蝕層412的厚度，特別是光學薄膜層414的厚度。然而，過度腐蝕填充層418會導致填充層418的一部分從象素鏡408之間的間隙中去除，導致從抗腐蝕層416的頂表面502到填充層418的頂表面504逐漸減少。逐漸減少到小於或等於1200是可接收的，並且將由如下所述通過接下來的層的形成而填充。
圖6是在保護性層602噴塗之後的反射式底板400的剖面圖。保護性層602包括氧化物層604和氮化物層606。氧化物層604形成在抗腐蝕層412和填充層418之上，並且填充在從抗腐蝕性頂層416到填充層418的逐漸減小中，只要逐漸減小到小於或等於1200。氮化物層606形成在氧化物層604上。位於象素鏡408之下的氧化物層604的部分厚度為680(±10％)，並且氮化物層606厚度為1200(±10％)。
保護性層602使得反射式底板400的表面更加堅固，從而能夠承受在反射式光閥結構中的進一步加工。例如，在構造液晶顯示器時，將聚醯亞胺塗層物理擦拭到反射式底板上。沒有保護性塗層，該擦拭步驟將破壞反射式底板。
保護性層602還起到光學薄膜塗層的作用。此外，保護性層602和抗腐蝕層412可以考慮形成多層的光學薄膜塗層。這種多層塗層的使用通常導致在較寬光譜上的較好的光學性能。
本領域技術人員將認識到另一種保護性塗層可以代替保護性層602。例如，氧化物層604和氮化物層606可以用如含添加劑的氧化物或矽-氧-氮化物的單一保護性層代替。或者，包括設計成達到所需光學性能的多個子層的光學塗層可以代替保護性層602，只要多層塗層具有所需的粗糙度。
反射式顯示器底板400優於現有技術的反射式底板有許多原因。首先，反射式底板400的平面表面消除了象素鏡408橫向邊緣的光照的亂真反射(spurious reflection)。第二，反射式底板400的堅固平面表面有利於使隨後施加的顯示材料如聚醯亞胺和/或液晶材料容易施加。而且，平面表面有利於施加的液晶均勻校準。另外，反射式底板400可以完全通過標準矽製造過程製造，並且因此可以由現有的矽製造設施來廉價製造。
圖7是概括根據本發明形成平面化、晶片基裝置的一種方法700的流程圖。方法700包括提供具有表面突起的基片的第一步驟702。在具體實施例中，該基片是反射式顯示器底板並且突起是象素鏡，但是本領域技術人員將認識到本發明可以包括其它裝置，例如，具有光學元件設置在其表面上的其它集成電路。
接著，在第二步驟704中，抗腐蝕層形成在包括表面突起和其間形成的間隙的基片上。本領域技術人員將認識到形成在第二步驟704中的抗腐蝕層可以包括多個子層。例如，如上參照圖4至6所述的，抗腐蝕層可以通過首先施加一個或多個光學薄膜層並隨後在光學薄膜層上形成抗腐蝕性頂層而形成。
接著，在第三步驟706中，填充層形成在抗腐蝕層中。填充層形成足夠厚以填充象素鏡之間的間隙並且覆蓋位於象素鏡下方的間隙。
接著，在第四步驟708中，填充層腐蝕回露出表面突起上方的抗腐蝕層的各部分，但是留下表面突起之間的間隙中填充層部分。
最後，在第五步驟710中，保護性層形成在露出的抗腐蝕性層以及設置在表面突起之間的間隙中的填充層之上。保護性層起到鈍化層和物理保護層的作用。在一具體方法中，保護性層包括多個子層，並且第五步驟710包括形成每個相應子層的子步驟。例如，如參照附圖6所公開的，若要形成保護性層的話，其通過首先形成氧化物層604並隨後在氧化物層604上形成氮化物層606而形成。
圖8是由另一種平面化方法形成的平面化反射式底板800的剖面圖，其中不需要腐蝕步驟。相反，填充層802形成在層416上，從而填充象素間的間隙，並且還形成象素鏡408上方的多層塗層的一部分。在該具體實施例中，填充層802是旋塗塗層。象素鏡408下方層802的部分的厚度通過調節旋塗材料的粘度、旋塗速度以及加工溫度而控制。例如，應用購自Dow Corning的材料號為C2052154D SOG FOX-15的旋塗玻璃的材料以2200 RPM的旋塗速度形成具有近似3580厚度的填充層。
在該具體實施例中，層414為750的氧化物層，層416為615的氮化物層，填充層802的在象素鏡408上的部分為1000的旋塗玻璃層。然而，本領域中的技術人員將認識到由於在該平面化方法中不包括腐蝕步驟，層416不需要抗腐蝕，並因此層414和416可以被替代或省略。
圖9是反射式底板800的剖面圖，其中保護性層804噴塗在填充層802上。保護性層804對反射式底板800提供附加的耐久性，並且在多層光學塗層中形成四個層，包括層414、416、802和804。在圖8和圖9所示的具體實施例中，保護性層804是1190的氮化物層。光學領域中的技術人員將會理解，層414、416、802和804的厚度和複合物可以調節來強化或者抑制光譜中的具體部分。
圖10是概括平面化反射式底板的一種方法1000的流程圖，無需腐蝕步驟。在第一步驟1002中，製備了具有在其間形成間隙的象素鏡的反射式顯示器底板用於平面化。本領域技術人員將認識到方法1000隻是實現本發明的一種具體方法，並且本發明的方法也適用於其它有用的使具有設置在其表面上的光學元件的其它裝置平面化的方法。
接著，在第二步驟1004中，基層(如，層412)形成在象素鏡408以及由象素鏡408之間的間隙露出的支撐層406的各部分之上。由於方法1000不需要腐蝕步驟，基層不必是抗腐蝕的。因此，基層材料和厚度可以單純基於其預計功能(如，鈍化作用、光學性質等)而選擇。實際上，只要象素鏡408和填充層802的材料是相容的，則基層可以省略並且因此應該認為是選擇性的。
然後，在第三步驟1006中，填充層802形成在基層上以填充象素鏡408之間的間隙。在該具體方法中，填充層802通過應用旋塗塗層(如，旋塗玻璃)而形成。調節旋塗過程的參數(如，旋塗速度、材料粘度、溫度等)來控制位於象素鏡408之下的填充層802部分的厚度。
最終，在第四步驟1008中，保護性層804形成在填充層802上。如上所述，保護性層804對反射性底板800提供附加的粗糙度和耐久性，以有利於與液晶材料應用有關的擦拭步驟。然而，如果填充層802足夠粗糙，保護性層804可以省略，並由此第四步驟1008是可選擇的。
本領域技術人員將理解形成在象素鏡408上的所有層將影響反射式底板800的光學性能，並且因此在一定程度上起到光學塗層的作用。在這種多層塗層中的一些層具有附加功能(如，鈍化作用、保護作用等)，並且那些層的位置因此由其相關的功能確定。然而，其它層只用於光學目的而提供，並因此可以設置在填充層802上或下。
因而，相對於裝置的其它層，認為填充層802的具體配置不是本發明的必要環節。例如，平面裝置可以通過在抗腐蝕層412上直接噴塗保護性層602並隨後在層412上噴塗填充層418直接形成。只要層602也是抗腐蝕性的，在隨後的腐蝕步驟過程中將會保持層412和602的厚度。如果隨後的每個步驟是不必要的，則保護性層602不必是抗腐蝕性的。
本發明具體實施例的說明現在完成了。許多所需的部件可以在不脫離本發明範圍的前提下被替代、更改或省略。例如，填充層可以由非旋塗材料形成。另外，合適的強度和耐久性的材料可以用於形成抗腐蝕層，從而可以省略另外形成保護性層。此外，本發明不局限於反射式顯示器底板。反之，本發明可以包括任何裝置，其中保持形成在突起上的層厚度或者保持突起自身的厚度的同時，在具有多個表面突起的基片上平面表面是理想的。此外，本發明的方法不局限於使反射式顯示底板平面化。反之，本發明可以用在使具有多個表面突起的基片平面化、而同時保持形成在突起上的層厚度、或者保持突起自身厚度的地方。
權利要求
1.一種反射式顯示底板，包括多個在其中形成間隙的象素鏡；以及形成在所述間隙中的填充層以使所述反射式顯示底板表面平面化。
2.如權利要求1所述的反射式顯示底板，其特徵在於，所述填充層的一部分位於所述象素鏡的上方。
3.如權利要求2所述的反射式顯示底板，其特徵在於，所述填充層包括旋塗塗層。
4.如權利要求3所述的反射式顯示底板，其特徵在於，所述填充層包括旋塗玻璃。
5.如權利要求1所述的反射式顯示底板，其特徵在於，所述填充層包括旋塗塗層。
6.如權利要求5所述的反射式顯示底板，其特徵在於，所述填充層包括旋塗玻璃。
7.如權利要求1所述的反射式顯示底板，其特徵在於，還包括一設置在所述填充層下方的基層。
8.如權利要求7所述的反射式顯示底板，其特徵在於，所述基層包括設置在所述象素鏡上的第一氧化物層；設置在所述第一氧化物層上的第一氮化物層；設置在所述第一氮化物上的第二氧化物層；以及設置在所述第二氧化物層上的第二氮化物層。
全文摘要
本發明提供一種反射式顯示底板，包括多個在其中形成間隙的象素鏡；以及形成在所述間隙中的填充層以使所述反射式顯示底板表面平面化。圖中示出了一種平面晶片基裝置(如，反射式光閥底板)，其包括具有在其之間形成間隙的多個表面突起(如，象素鏡)的基片，形成在基片上的抗腐蝕層，形成在間隙中的抗腐蝕層的一部分上的填充層。
文檔編號G02F1/1362GK1515931SQ03145329
公開日2004年7月28日 申請日期1999年12月23日 優先權日1998年12月23日
發明者雅各布·D·哈斯克爾, 徐榮, 雅各布 D 哈斯克爾 申請人:奧羅拉系統公司